Устройство для термообработки стальной проволоки

 

Изобретение относится к области термообработки, а именно к устройствам, патентирования стальной проволоки. Цель изобретения - повышение качества термообработки стальной проволоки путем обеспечения заданного температурного режима вдоль оси печи. Сущность изобретения заключается в том, что после печи аустенизации проволока поступает в установку, состоящую из двух зон с кипящим слоем - зоны закалки и зоны выдержки. Каждая зона снабжена индивидуальными установками подогрева флюидизирующего газа. Для создания заданной структуры (например, мелкозернистого перлита) зона выдержки снабжена дополнительными нагревателями, размещенными в кипящем слое вдоль оси зоны, причем нагреватели имеют индивидуальные средства поддержания заданного температурного режима. 3 з.п. ф-лы, 10 ил., 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 21 D 9/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н flATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1 (21) 4027089/23-02 (22) 03. 03. 85 (31) 8505491 (32) 04.03.85 (33) GB (46) 07.08.89. Бюл. 9 29 (71) Н.В.Бекаерт С.A. (BE) (72) Мишель Нейринк (BE) (53) 621.785(088.8) (56) Патент США - 3615083, кл. С 21 D 9/54, 1971, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ

СТАЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИ (57) Изобретение относится к области термообработки, а именно к устройствам патентирования. стальной про волоки. Цель изобретения — повышение качества термообработки стальной проИзобретение относится к термообработке, а именно к устройствам патентирования стальной проволоки, в частности для проволоки диаметром 3 мм или менее, предпочтительно диаметром

0,7-1,5 мм.

Цель изобретения — повышение качества термообработки стальной проволоки путем обеспечения заданного температурного режима вдоль печи.

На фиг.1 и 2 схематически показаны установки для патентирования стальной проволоки с использованием расплавленного свинца и обычного кипящего (флюидизированного) слоя и кривые структурных превращений стали при охлаждении проволоки соответственно, продольный разрез; на фиг.3—

„80„„1500167 волоки путем обеспечения э аданного температурного режима вдоль оси печи.

Сущность изобретения заключается в том, что после печи аустенизации про— волока поступает в установку, состоящую из двух зон с кипящим слоем— зоны закалки и зоны выдержки. Кажцая зона снабжена индивидуальными установками подогрева флюидизирующего газа. Для создания заданной структуры (например, мелкозернистого перлита) зона выдержки снабжена дополнительными нагревателями, размещенными в кипящем слое вдоль оси зоны, причем нагреватели имеют индивидуальные средства поддержания заданного температурного режима. 3 з.п. ф-лы, 10 ил., 3 табл. кривые структурного превращения при охлаждении проволоки из углеродистой стали в процессе патентирования с использованием расплавленного свинца и обычного флюидизированного слоя; на фиг.4 — предлагаемая установка с флюидизированным слоем, два варианта; на фиг ° 5 — то же, третий вариант, и полученные при использовании этой ус-. тановки кривые патентирования; на

- фиг.6 — зона выдержки; на фиг.7 — кривые структурной трансформации стали при охлаждении, полученные при осуществлении процесса патентирования стальной проволоки во флюидизированном слое; на фиг.8 — схема предлагаемой установки; на фиг.9 — кривые разброса измеренных величин прочности

3, 150016 стальной проволоки, патентирование которой 1производят в расплавленном свинце и в псевдоожиженном слое; на фиг.10 — кривые патентирования сталь5 ной проволоки в псевдоожиженнам слое.

На фиг. lа и 2а схематически показана линия патентирования со свинцовой ванной (Pb) и с обычным флюидизированнь.м слоем (FB) соответственно, 1О во время работы-которых стальная проволока Ж после ее нагревания в аустени- . зационной печи 1 входит в установку 2 для термообработки проволоки (s свин" цовую ванну Pb или в обычную одно- 15 зонную установку с флюидизированным слоем ГВ), температура которых с использованием соответствующих средств (не показаны) поддерживается на постоянном уровне. 20

На фиг.lб и 2б представлены кривые измерения температуры стальной проволоки в функции времени, начиная от температуры аустениэации (Т .) до тем-. пературы выдерживания (Тр), полученные для двух установок (фиг.lа и 2а), причем участки кривых, обозначенные соответствуют изменению температуры проволоки во время ее закалки.

Сравнивая кривые (фиг.lб и 2б), видно„ что в случае установки с обычным флюидизированным слоем температура начала структурных превращений и действительная температура проволоки во время структурных превращений (кри- 35 вая T и заштрихованная область) значительно отличается от оптимальной температуры (Тр) и реакция образования церлитной структуры может проходить в широком диапазоне температур. Темпера-40 тура проволоки во время структурных превращений во время реакции значительно возрастает, что обусловлено комбинированным эффектом рекалесценции (генерации тепла в процессе струк 45 турных превращений) и пониженными значениями теплопередачи и теплоемкости флюидиэированного слоя.

Кривые изменения температуры проволоки в процессе охлаждения и структурных превращенйй (фиг.3), полученные при патентировании проволоки в обычном флюидиэированном слое (кривые РВ), представлены на диаграмме темпера ура-время-структурная транс- 55 формация в сравнении с кривой изменения температуры проволоки в процессе ее патентирования в Расплавленном. свинце (кривая Pb). Пунктирные кри7 4 вые (TR) и (TR) 100 показывают нача-: ло и конец превращения аустенита, а заштрихованная область (ОТВ) представляет оптимальный для получения тонкой перлитной микроструктуры диапазон температур выдерживания стальной проволоки после ее закалки. В случае осуществления патентирования проволоки в обычном флюидизированном слое температура проволоки во время ее выдержки выходит за пределы оптимальной области ОТВ. Исправить это положение можно, например, путем. предварительного охлаждения проволоки в псевдоожиженном слое с холодным флюидизирующим воздухом или путемрезкого снижения температуры флюидизированного слоя выдержки в соответствии с температурной кривой Т, (фиг. 2б). Однако эти приемы являют-. ся весьма критическими вследствие того, что их применение связано с ве- роятностью образования бейнитной структуры, когда температура Т опускается ниже температуры Т .

В систему предлагаемой установки (фиг.4) входят аустенизационная нагревательная печь 1 и установка 2 для термообработки проволоки (с двухзонным флюидизированным слоем), которая имеет независимую зону закалки и зону структурных превращений или выдержки

TR S, Каждая из этих зон образована модулем 3, состоящим из контейнера 4 для порошкообраэного материала, напорной камеры 5, газораспределительной плиты 6 (например, перфорированной плиты, предпочтительно с газовыми патрубками или соплами), которая одновременно служит дном контейнера 4 и крышкой напорной камеры 5. Каждый модуль установки соединен с питающим газопроводом насосной станции 7 трубопроводом 8 с газовым вводом 9 в днище напорной камеры 5. В насосной станции 7 осуществляется приготовление флюидизирующего газа требуемого состава и требуемого объема, а также она снабжена- средствами для регулирования базовой температуры флюидизирующего слоя.

Базовая температура флюидизирующего газа для каждой зоны определяется тином обрабатываемой проволоки и заданным технологическим режимом и в процессе работы установки регулируется в соответствии с условиями работы флюидизированного слоя, связанными с

45 тепловые потери и т.д.) °

5 15001 изменениями режима работы установки (запуск, нормальный рабочий режим), диаметром проволоки. и другими параметрами. В качестве внешних насосных станций в составе оборудования пред- . лагаемой установки могут быть испаль зованы газогенераторы, подходящие камеры сгорания, формирующие горячую смесь (предпочтительно бедную смесь), 10 нагреватели сжатого воздуха воздуходувки и комбинации подобных устройств.

Закалочная эона Q отделена от зоны выдержки TR-S стенкой из теплоизоляционного материала, в которой имеют- 15 ся отверстия для прохода обрабатываемой проволоки. Установка рассчитана на одновременную термообработку нескольких ниток проволоки, движущихся через зоны флюидизированного слоя по 20 параллельным, прямолинейным траекториям. Во время движения проволоки из аустенизационнай печи 1 в зону закалки Я она может проходить через защитный кожух или колпак.

В варианте установки с двухзонным флюидизированным слоем (фиг.4б) отработанный газ из аустенизационной печи сначала используется для флюидизации порошкообразного материала в зоне выдержки, а затем для флюидизации порошкообразного материала в зоне закалки (или наоборот, когда отработанный газ аустенизационнай печи перед его использованием в установке предварительно охлаждается). B этой системе отработанный газ из аустенизационной печи подается в установку 2 с флюидизированным слоем rro газопроводу 8 с помощью насосной станции 7 (вытяжного вентилятора).

Регулировка базовой температуры флюидизирующего газа перед подачей в образующие зоны выдержки и закалки осуществляется раздельными теплаобменниками 10, включенными на входах соответствующих эон.

Наиболее предпочтительная конструкция предлагаемой установки изображена на фиг. 5а, Для флюидизации порашкаобразного материала используется отработанный газ аустенизационной нагревательной . печи 1 (предпочтительно неокисляющий гаэ), который по газопроводу 8 подается в зону закалки Q, тогда как для флюидизирования порошкаобразного ма-. териала в зоне выдерживания TR-S используется отдельная насосная стан67 6

7 (газогел „.i., p), .i: i;, „.; .p кa >с ра сгорания (горелка) . В этой уста— новке базовая температура флюидизирующего газа на входе в зону закалки регулируется следующим образом.

Первоначально откачиваемый из аустенизационной печи отработанный гаэ подвергается охлаждению в рекуператоре 11 до температуры ниже 150 С, а затем подается в регулируемый теплообменник 12 (например, электрический нагреватель), где температура газа доводится до требуемой в данный момент начальной температуры, которая мажет изменяться в соответствии с существующими в данный момент условиями в флюидизированнам слое закалки, определяемыми технологическим режимам работы установки, количеством запасенного обрабатываемой проволокой тепла, скоростью движения проволоки через флюидизированный слой и другими переменными параметрами. Первичная регулировка начальной температуры газа, подаваемого в флюидизированный слой закалки, дополняется регулировкой, осуществляемой дополнительной системой регулирования и обеспечивающей точную регулировку температуры газа внутри флюидизированного слоя и ее приведение к заданному значению. На практике дополнительная система терморегулиравания вступает в действие после выхода установки на устойчивый рабочий режим, когда дополнительного подвода тепла флюидизирующим газом больше не требуется и батарея нагревателей для предварительного нагревания газа, подаваемого в зону закалки, может быть выключена.

Порошкообразный материал в зоне выдержки TR-S флюидизируется и нагревается горячим газом, подаваемым в зону насосной станцией 7, например, из камеры сгорания, в которой приготавливается горячая газовая смесь, имеющая заданную базовую температуру.

Начальная температура флюидизирующего газа на входе зоны выдержки, обеспечивающая нагревание флюидизированного слоя выдержки и стабилизацию Средней температуры слоя на заданном уровне, регулируетея автоматически в функции действительного теплового баланса флюидизированного слоя выдержки (рабочая нагрузка, тепло, освобождаемое в процессе структурных превращений, 1500167

Таким образом, в предлагаемой установке флюидизация порошкообразного материала, нагревание и регулирование температуры флюидизированных слоев в зонах закалки и выдержки производятся независимо и так, что температура флюидизированного слоя в каждой зоне остается постоянной и на определенном уровне для каждой зоны и соответст- 10 вует параметрам обрабатываемой проволоки и требуемым характеристикам конечного продукта, Например, при осуществлении процесса патентирования стальной проволоки температура внутри 15 флюидизированного слоя закалки может изменяться в пределах от 250 до 6001 (для получения температуры проволоки в пределах между значением NS u заданной температурой реакции обра- 20 зования перлитной структуры), тогда как температура флюидизированного слоя выдержки может устанавливаться в пределах от 450 до 700 С (для получения перлитной структуры с различной 25 зернистостью).

Кривые охлаждение — структурное превращение (фиг ° 5б) получены для процесса патентирования стальной проволоки с использованием предлагаемой ЗО установки (кривые РВ-И),а кривые

F8-PA — для процесса патентирования стальной проволоки с использованием установки с одним флюидизированным слоем. 35

Получение кривых PB-iN обеспечивается более точным регулированием процесса охлаждения проволоки и правильным выбором начальных условий процес-, са структурного превращения в комби- 40 нации с более точным регулированием температуры реакции формирования перлитной структуры.

Локальная температура флюидизиро- 45 ванного слоя в некоторых его точках может иметь тенденцию к увеличению относительно оптимального уровня на данном этапе процесса структурного превращения, что связано с эффектом рекалесценции (освобождение теплоты реакции структурного превращения).

Причем, экспериментально установлено, что степень рекалесценции и местопо55 нием температуры в псевдоожиженном слое зоны выдержки могут изменяться с изменением диаметра обрабатываемой проволоки, рабочей скорости движения проволоки и выбранной кривой структурного превращения, Применение. вспомогательных нагревательных элементов и датчиков температуры, размещаемых в ряде точек флюидизированного слоя зоны выдержки вдоль всей ее длины,и независимое регулирование каждого вспомогательного нагревательного элемента обеспечивают коррекцию локальной температуры по всей длине флюидизированного слоя зоны выдержки, которая осуществляется в сочетании с регулированием температуры флюидизирующего газа.

Система обеспечивает возможность программирования реакции формирования перлитной структуры путем организации определенного температурного профиля по длине зоны вьщерживания и управляемого изменения скорости реакции структурного превращения на всем протяжении зоны выдержки. Предлагаемое техническое решение имеет ряд . преимуществ. Например, оно повышает гибкость технологического процесса патентирования и его целенаправленность и обеспечивает повышение производительности используемого оборудования благодаря уменьшению длительности периода запуска и более быстрому переходу оборудования на требуемый режим работы.

Схема предлагаемой установки (фиг.6) иллюстрирует процесс регулирования оптимальной температуры реакции структурного превращения при осуществлении этой реакции с использованием предлагаемых устройств. Флюидизированный слой выдерживания TR-S (фиг.6),разделен на несколько секций

13„ в каждой из которых внутри флюидизированного слоя размещена отделЬная группа нагревательных элементов

14. Каждая группа нагревательных элементов 14 соединена с пультом 15 управления, также как и датчик 16 температуры, функционально связанный со своей группой нагревателей, управляемых регулятором 17 мощности.

Датчик 16 связан с пультом 15 линий 18 связи. Нагревательные элементы 14 в нормальном режиме работы генерируют определенное количество тепла, которое в сочетании с количеством тепла, подводимым .к флюидизированному слою горячим флюидизирующим газом, подаваемым в зону выдержки газогенераторной станцией, обеспечивает под9 150016 держание заданной температуры флюидизированного слоя выдержки. В случае отклонения локальной температуры флюидизированного слоя относительно заданного уровня температуры выдержки вверх или вниз регулятор 17 соответствующей, секции флюидизированного слоя изменяет режим работы соответствующей группы нагревательных элемен- 10 тов в сторону увеличения или уменьшения. их теплоотдачи. Газогенераторная станция, являющаяся источником горя-. чего флюидизирующего газа, располагается вне корпуса основной техноло- 15 гической установки. В предлагаемой системе газогенераторная станция представляет собой топочное устройство, предназначенное для производства смеси газообразных продуктов сгорания 20 в требуемом количестве и с заданными температурой и давлением. Сигнал, пропорциональный начальной температуре флюидизирующего газа, по линии 19 подается на пульт 15 управления. В конструкцию топочного устройства входят камера 20 сгорания, газовая горелка 21, к которой подводится сжатый воздух 22 и газообразное топливо (Ъ

23 (например, природный газ) из воздуходувки 7. Флюидизирующий газ для зоны закалки Q из аустенизационной печи после предварительного охлаждения нагнетается в зону закалки через теплообменник 12, 35

Диаграмма, представленная на фиг.7, иллюстрирует эффект дополнительной коррекции температуры в зоне вьдержки на положение кривых, отражающих 40 процесс патентирования в функции температуры и времени. Кривая изменения температуры вьдержки, при которой происходит структурное превращение или реакция образования перлитной струк- 45 туры, может быть полностью принудительно смещена в область оптимальных значений ОТВ (кривая А) путем коррекции локальной температуры флюидизированного слоя вьдержки. Однако, если зона выдержки не разделена на независимо регулируемые секции, кривая изменения температуры флюидиэированного слоя выдержки (кривая В) может выйти

sa пределы области оптимальных значений температуры структурного превращения, в результате чего возникает частичный отжиг (укрепнение зерен) перлитной структуры.

7 1О

На фиг.8 показана более детальная конструкция установки с флюидизированным слоем, воплощающей принципы установки, схематически изображенной на фиг.6. Аустенизированная проволока

W из газовой печи последовательно пропускается через эакалочную зону Q и отдельную зону охлаждения TR-S установки с флюидизированным слоем (фиг.8.), Зона выдержки (старения) состоит из нескольких секций 13, каждая из которых имеет погруженный в флюидизированный слой вспомогательный нагреватель, функционально связанный с индивидуальным управляющим устройством (фиг ° 6). По трубопроводу через тепловой рекуператор 24, смонтиро—

-ванный в отводной трубе 25 камеры вы-держки, подается нагретый воздух в газовую горелку 21.

Из камеры 20 сгорания подготовленный флюидизирующий газ подается в модуль выдержки TR-S который предс.,тавляет собой металлический резервуар, размещенный в U-oáðàýíoì внутреннем пространстве печи с флюидиэированным слоем, в которой резервуар для порошкообразного материала, напорная камера и входной газовый канал объединя- ются в единую конструкцию. Слой порошкообраэного материала в контейнере

4 во время работы установки попдерживается в псевдоожиженном состоянии.

В конструкцию модуля также входят напорная газовая камера 5, имеющая входI ной канал (гаэовый ввод) 9, и газо/ распределительная плита 6, располо-, женная между днищем контейнера и напорной камерой и имеющая множество флюидизирующих сопел 26, располагающихся на небольшом, одинаковом расстоянии одно от другого (например, на расстоянии в пределах от 3 до

20 см). Флюидизирующий газ поступает в сопла 26 из напорной камеры 5, которая соединена газопроводом с камерой 20 сгорания, в которой производится флюидизирующий газ. Предлагаемая система обеспечивает получение и поддержание оптимальной скорости флюидизирующего газа (около 10—

Г2 см/с), обеспечивающей стабильность флюидизированного слоя. Система регулирования температурного режима флюидизированного слоя модуля выдержки (не показана) включает B себя терморегулятор, который производит регулирование режима работы газовой горелки

I I 1 1rrr) I 6

2 1 т а к, гг о о но о б е с пе чив а е т и олуч еrrrr е и ниде ржив ание з ад а нной темпе р ату ры флюиди эирующе го газа на входе модуля выдержки (для нагревания флюиди эиров а нно го слоя выдержки и поддержания базовой температуры слоя), и описанные вспомогательные термо регуля то ры (фиг . 6 ), которые функциональ но связаны с вспомогательными íà- 1 р гр ев а телями в к аждой секции флюидиэиров анно г о слоя выдержки, - осущес твляют коррекцию локальной температуры на всем протяжении флюидизир ов анног о слоя выдержки и производят добавление 1 5 тепла к тому теплу, которое отдает флюидизирующему слою горячий флюидизирующий газ (это создает преимущества во speмя выхода установки на рабочий режим).

Закалочная зона Я выполнена в ви- 20 де одного модуля с флюидизированным слоем, подобного описанному модулю выдержки, но меньшей длины, предпочтительно в пределах от 50 до 250 см.

Флюидиэация слоя закалки может осуществляться подобно тому, как это описано в отношении модуля выдержки, т.е. с использованием внешнего газогенератора, камера сгорания которого соединена с модулем закалки. В ЗО предлагаемой установке в качестве флюидиэирующего газа для эоны закалки используются отработанные газы газовой аустенизированной печи. Состав отработанных газов должен быть таким, чтобы это обеспечивало уменьшение или даже исключение окисления горячей проволоки во время ее закалки. Например, содержание кислорода в смеси отработанных газов, используе- 40 мой в закалочном модуле в качестве флюидизирующего газа, должно быть не более 2 об. предпочтительно не более

0,5 об.7.. При таком содержании кислорода в смеси отработанных газов неже- 45 лательное поверхностное окислениепроволоки снижается или полностью предотвращается. Наилучшие результаты ограничения окисления проволоки в процессе ее эак и полу"е при содер- 50 жании кислорода в используемом в закалочной зоне флюидиэирующем газе не более О,1 об.Е и при наибольшем содержании окиси углерода, например, в пределах от 0,5 до 2 об.7..В последнем случае потребление энергии в нагревательной печи несколько увеличивается вследствие нестехиометрического процесса горения °

Вытяжная во. дух<>дувк» 27 подаеч отработанный го э из аусте низ ационной печи в устройство предварительного охлаждения или тепловой рекуператор (не показан), где температура газа понижается. Далее предварительно охлажденный отработанный гаэ пропуска" ется через регулируемый теплообмен-. ник (электрический газонагреватель

12), обеспечивающий возможность приведения температуры флюидизирующего газа к любому требуемому начальному уровню. Из элекрического нагревателя флюидизирующий газ подается в закалочный модуль. Первичный контур терморегулирования включает в себя управляющее устройство 28, регулирующее работу источника 29 тока, питающего предварительный нагреватель 12, в функции температуры закалочного флюидизированного слоя. Электрические сигналы, пропорциональные температуре флюидизированного слоя закалки и начальной температуре флюидизирующего газа, поступают на управляющее устройство 28 по линиям 30 и 31 соответственно.

Для регулирования и поддержания заданной температуры внутри эакалочного флюидизированного слоя во время работы установки в установившемся режиме установка снабжена дополнительной системой регулируемого охлаждения, которая действует тогда, когда количество тепла, отдаваемого горячей проволокой, значительно превышает количество тепла, которое может быть поглощено флюидиэированным закалочным слоем при выключенном газонагревателе 12. В эту дополнительную систему охлаждения входит нерегулируемое охлаждающее устройство в виде погруженного в флюидиэированный слой водоохлаждаемого змеевика (не показан) и регулируемое охлаждающее устройство, представляющее собой регулируемую воздуходувку 32 которая по воэдухопроводу 33 из источника 34 направляет регулируемое количество охлаждающего воздуха на поверхность флюидизированного закалочного слоя. Регулирование подачи охлаждающего воздуха в эакалочный модуль g осуществляется автоматическим клапаном 35, приводимым в действие управляющим устройством 28, с которым он связан линией 36. управляющее устройство 28 производит сравнение действительной темпераl3

1500167 14 туры флюидизированного закалочного .слоя, представленной соответствующим электрическим сигналом в линии 30, с заданной температурой закалки и в со5 ответствии с результатами сравнения управляет работой автоматического клапана 35, уменьшающего или увеличивающего подачу охлаждающего воздуха в эакалочный модуль Q. В другом вари" lð анте для регулирования температуры флюидиэированного слоя в закалочном модуле Я может быть использована система водяного охлаждения, включающая змеевиковые теплообменники, размещенные внутри флюидизированного слоя и снабженные автоматическим клапаном, обеспечивающим регулирование количества пропускаемой через них воды в соответствии с изменениями тем- 20 пературы флюидизированного слоя °

В процессе патентирования проволоки из углеродистой стали температура флюидизированного слоя н зоне закалки, имеющей протяженность 0,5 - 25

2,5 м, может поддерживаться в пределах от 250 до 650 С, тогда как температура флюидизиронанного слоя в зоне выдерживания может поддерживаться и регулироваться в пределах от 450 до 30

700 С, предпочтительно в пределах от

500 до 650 С.

В предлагаемой установке для термообработки стальной проволоки предпочтительно использование автоматиче-35 ской системы регулирования нагревания и охлаждения флюидизированного слоя в зонах закалки и выдержки..

Пример 1. Образцы проволоки диаметром 1,50 мм с содержанием угле-gg рода 0,71Х подвергают патентированию на двух различных установках с флюидизированным слоем и с использованием расплавленного свинца. Во всех случаях температура аустениэации образ- 45 цов составляет 920 С, а скорость движения проволоки в процессе патенти рованйя равна 24 м/мин. Для .патентирования стальной проволоки используют установки с флюидизированным слоем двух типов: установка FB1 . обычная однозонная установка с одним флюидизированным слоем, температура которого поддерживается на уровне о

Tgg = 560 С и установка FB2 — предЭ

55 лагаемая установка с разделенными зонами закалки и выдержинания, каждая из которых снабжена индивидуальными средствами фгпоидизации и регулирона. ния температуры флюидизированного слоя. Температуру флюидизированного слоя н зоне закалки подцерживают на о уровне То, = 500 С. Температуру флюидизированного слоя в зоне выдержки о поддерживают на уровне Т„ = 560 С.

Длина эоны закалки 2,5 м, длина зоны выдерживания 4,5 м.

Образцы патентированной проволоки имеют характеристики, приведенные в табл.l.

Полученные экспериментальные данные, приведенные в табл.1, иллюстрируют значительный положительный эффект реализации предлагаемой установки (FB2).при сравнении свойств патентированной стальной проволоки со . свойствами такой же проволоки, патентирование которой производят на обычной однозонной установке с флюидизированным слоем (FB1).

Пример 2. 36 образцов стальной проволоки подвергают патентированию в предлагаемой установке с двухзонным.флюидизированным слоем, имеющей зону закалки длиной 1,5 м и зону выдерживания длиной 5,5 м. температуру в которых поддерживают на заданных различных уровнях, Процесс флюидизации в зоне закалки осуществляют с использованием различных газовых смесей. Получены следующие технологические параметры процесса: диаметр проволоки 1,3 мм, сталь с содержанием углерода 0,69Х; температура флюидизио рованного слоя в зоне закалки 455 С; температура флюидизированного слоя в о зоне выдержки 530 С; температура аусо тенизации 900 С, скорость движения проволоки через устанонку 30 м/мин; различные режимы закалки и состав газовых смесей, используемых в качестве флюидизирующего газа н зоне закалки;

FB3 †отработанн газ из аустенизационной печи, содержание окиси углерода

0,15Х, содержание кислорода 2Х; FB4— газообразные продукты сгорания природного газа из внешней камеры сгорания, содержание кислорода 5Х, содержанне углекислого rasa 4Х, содержание окиси углерода ОХ; FB5 — горячий воздух.

Характеристики стальной проволоки, патентирование которой производилось в установке с флюидизиронаньь м слоем, сравнивают с характеристиками такой же проволоки, патентиронанной н расп16

1500167 лавленном свинце с температурой

560 С. Сравнительные данные приведены в табл.2.

Из приведенных в табл.2, данных видно, что при осуществлении патентирования стальной проволоки в предлагаемой установке свойства и микроструктура проволоки получаются близкими к свой- Ip ствам и микроструктуре проволоки, патеитирование которой производят в ра сплавленном свинце, за исключением случая, когда в зоне закалки в качестве флюидизирующего газа использу- 15 ется горячий воздух, при очевидном положительном эффекте использования в зоне закалки неокисляющего флюиди" зирующего газа для предотвращения поверхностного окисления обрабатывае- 20 мой проволоки.

Пример 3. Для эксперимента используют двухзонную установку с ., флюидиэированным слоем, аналогичную описанной s примере 2, но отличающую- 25 ся от нее применением дополнительной системы регулирования температуры в зоне выдержки, разделенной на пять секций с индивидуальными нагреватель- иьщи элементами, обеспечивающими до- ЗО полнительное нагревание флюидизиро" вaííîãî слоя и коррекцию локальной температуры по всей длине зоны вы", держки. Используют образцы проволоки диаметром 1,25 мм, изготовленные из стали с содержанием углерода 0,73 .

Заданный уровень температуры в зоне закалки составляет 550 С, а в о о зоне выдержки 520 С. Процесс ведут при следующих технологических усло- . 4p виях: А — нагревательные элементы во всех секциях зоны выдержки включены;

Аl — начальная температура флюидизи-: о рующего газа в зоне выдержки 400 С, общая потребляемая мощность всех на-., 45 гревательных элементов всех секций зоны выдерживания 12 кВт; А2 - начальная температура флюидизирующего газа в зоне выдержки 355 С1 общая потребляемая мощность всех нагревательных элементов всех секций эоны выдержки 25 кВт; что обеспечивает компенсацию изменений локальной темпера" туры и поддержание базовой температуры  — обычная, несекционированная зона выдержки (без вспомогательных нагревательных элементов), температура фгпоидизирующего газа в зоне выдержки 500 С. б

В случае реализации условий А1 установка достигает установившегося оабочего режима менее, чем за 40 мин, а в случае реализации условий А2 — менее, чем эа 30 мин. В случае несекционированной эоны выдержки (условие В) для получения требуемого температурного профиля в зоне структурного превращения (в зоне выдержки) необходимо более 1 ч.

Проведено сравнение распределения и разброса температур в различых секциях зоны выдержки в установившемся режиме работы оборудования.

Результаты исследования распределения температур по длине флюидизированного слоя в зоне выдержки приведены в табл.3, Результаты, полученные при соблю-. дении условий Al и А2, показывают положительный эффект на выравнивание температуры по длине зоны выдержива-. ния, достигаемый ее делением на секции с независимым регулированием температуры. При соблюдении условия В локальная температура флюидизированного слоя в зоне выдержки к концу зоны возрастает (действительная темпе- ратура проволоки или температура структурного превращения тоже возрас-, тает), поднимаясь выше оптимального уровня. Нежелательные отклонения температуры в зоне выдерживания относительно заданного уровня на практике могут быть более значительными, например, вследствие изменений диаметра ббрабатываемой проволоки или в случае нарушений непрерывности работы установки (например, в случае повреждения каких-либо элементов оборудования), а это соответственно приводит к снижению качества проволоки и к увеличению брака, что характерно для обычных процессов патентирования стальной проволоки в псевдоожиженном слое.

Кроме того, получены следующие характеристики стальной проволоки, патентированной при соблюдении условий

Al, А2 и В (данные для проволоки, патентированной в расплавленном свинце, приведены для сравнения); Al — предел прочности при растяжении 1217 Н/мм средний разброс для образцов

1 2, 7 Н/мм; А2 - предел прочности при

2. растяжении 1234 Н/мм, средний разброс для образцов 10,2 Н/мм ;  — прей, дел прочности при растяжении 1192 Н/мм, 11 1 .)ОО1

< ранний разброс лля образцов 19,5 Н/мм ; расплавленный свинец (560 С) — предел прочности при растяжении 1247 Н/мм, и средний разброс для образцов 12,4 H/ìì .

На фиг.9 показаны кривые распределения величин предела прочности на растяжение для 36 образцов стальной проволоки (это распределение обусловлено различным расположением образцов о в установке в процессе их патентирования), патентирование которых производят при соблюдении условий AI и В, .и также сравнительная кривая распределения величин предела прочности r при растяжении для образцов проволоки, патентированных в расплавленном свинце.

На фиг.10 графически представлено, несколько режимов. патентирования, 2{) каждый из которых может быть точно реализован при использовании двухзонНоН предлагаемой установки с псевдоожиженным слоем, в которой флюидизированный слой в зоне выдержки разде- 25 лен на несколько секций с индивидуальным регулированием температуры.

На диаграмме температура — время— структурное превращение кривые 1 и 2 представляют процесс патентирования 30 на двух различных температурных уровнях, кривая 3 — процесс патентирования, в котором структурное превращение начинается при одной температуре, а продолжается и заканчивается при другой, более высокой температуре, определяемой необходимостью получения той или иной фракции микроструктуры (3a, ЗЬ и Зс), и кривая 4 — процесс ступенчатого патентирования, при 4р котором сначала производится переохлаждение аустенитной стали, а затем быстрое нагревание до температуры, требуемой для изотермического превращения структуры в перлит, 45

Для осуществления непрерывной закалки стальной проволоки на мартенсит с использованием двухзонного флюидизированного слоя требуется определенная модификация оборудования. С этой целью зона закалки должна быть рассчитана на глубокое охлаждение и должна обеспечивать возможность перехода от мягкой закалки до закалки ниже уровня ЦЯ (температура начала процесса образования мартенсита) без пересечения перпитного выступа — на кривой диаграммы температура — время — структурное превращение. Соответствующая модификация зо1п1 закалки может бчть прои. яедена е удлинением или, если требуется, примни †нием в установке доплнительного закалочного модуля, что обеспечивало бы полное превращение аустенита в мартенсит до момента входа обрабатываемой ггроволоки в зону выдержки, где мартенсит при поддерживаемой в зоне температуре может подвергнуться отпуску.

Для патентирования стальной проволоки с экстремально малыми диаметрами может быть использована установка с одним общим флюидизированным слоем и с применением в качестве флюидизирующего газа газовой смеси (отработанные газы аустенизационной печи или газообразные продукты сжигания природного газа), имеющей разумно выбранную низкую базовую температуру.

Модуль с флюидизированным слоем в, этом случае делится на несколько сек-. ций с индивидуальнь1м регулированием температуры. Первая из секций модуля, используемая для закалки проволоки, должна быть оборудована нерегулируемым и регулируемым охлаждаюшими устройствами, обеспечивающими по .лощение избыточного тепла эакаливаемой проволоки. Вторая и последующие i секции модуля, образующие зону структурного превращения, должны быть . снабжены регулируемыми внутренними нагревательными элементами, мощность которых должна быть достаточной ппя установления и поддер кания в зоне тре-. буемой температуры структурного превращения, В данном случае все необхо1димые для функционирования флюидизированного слоя устройства и элементы должны входить в конструкцию модуля, причем устройства регулирования теплового режима и температурной компенсации для процесса закалки и выдержки соответственно должны образовывать две независимые одна от другой системы управления.

Оптимальный выбор мощности вспомогательных нагревательных элементов (эта мощность должна быть достаточно большой для обеспечения компенсации гемпературных изменений в широких пределах и более низкой по сравнению с мощностью для поддержания обычной температуры флюидизирующего rasa) обеспечит высокую гибкость технологического процесса патентирования и дает возможность поддерживать локальную

Таблица 1

Предел прочности при растяжении, Н/мм

Максимальный разброс величин, Н/мм

Микроструктура

Пров еде ние патентирования

В расплавленном свинце

В установке

PBl

1240-1255 15

1140-1204 64

Тонкий перлит

Смешанная, до

20Х крупноз ернистый перлит

В установке

FB2

1186-1 222 36

Тонкий перлит+

+небольшое количество крупных пластинчатых образований

Максимальный разброс величины предела прочности при растяжении определяют на одной и той же проволоке и между различными проволоками в соответствии с их расположением в печи.

19

15001 температуру в зоне выдержки на строго определенном уровне.

Формула из обретения

1. Устройство для термообработки стальной проволоки, содержащее последовательно размещенные нагревательную печь для аустениэации, зону эа- 10 калки и зону выдержки с кипящими слоями, холодильник, вентилятор, источник и трубопроводы подачи холодного флюидизиру" ющего газа в зону закалки, нагреватель, вентилятор, источник горячего флюиди-! 5 зирующего газа, подаваемого в зону .выдержки, средства для регулирования температуры газа, подаваемого в зону выдержки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качест- 20 ва термообработки стальной проволоки путем обеспечения заданного темпера67

20 турного режима вдоль печи, устройство снабжено дополнительными нагревательными элементами, расположенными вдоль оси зоны выдержки внутри кипящего слоя, причем каждый из элементов ймеет индивидуальные средства регулиро вания температуры.

2. Устройство по п.l, о т л и ч аю щ е е с я тем, что печь для аустенизации сообщена с зоной закалки посредством трубопроводов подачи газа.

3. Устройство по п.2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что оно снабжено теплообменником, установленным на трубопроводе подачи газа, соединяющем печь аустенизации с зоной закалки.

4. Устройство по п.l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что зона закалки сообщена с зоной выдержки посредством трубопроводов подачи газа с теллообменником.

21. 1500167

Таблиуа 2Поверхностное окисление

Мик рос трук тура

Относительное

Режим удлинение при разрыве, 7. толщина окалины, мкм

1207-1221

FB3 перлита

Тонкий сорбит+ 1,2 — 1,5

+следы плас1205 — 1222 52 — 57 тинчатого

1,5

1191 — 1281 41 — 54

FB5

Свинец при 1224 — 1238 48 — 55

560 С

1,0 — 1,2

Таблица 3 о

Распределение температур, С

Условия

Зона закалки секция 1

Al 440-450 495-510 515-525 510-520 510-515 485-500

; А2 440-450 515-525 520 520 520 5I5-520

В 440-460 490-530 520-550 525-580 540-570 450-490

Снижение температуры в последней секции обусловлено влиянием выхода отработанных газов.

Предел прочности при р ас тяж енин, Н/мм

56,5 — 53,5 Тонкий сорбит+ 0,6 — 0,9

+следы пластинчатого перлита

Тонкий сорбит+крупный перлит+феррит

Тонкий сорбит

Зона выдержки

1 Г секция 2 секция 3 секция 4 секция 5

Т 0

1 5001 67

1500167

1500167 ц„, т

11 а

135

i II Ю Э Ф Е 6 И Ю 9 Ф 12 О 1б 030Я 3436

44 . у

Щу. 10 с Составитель Наумова

Редактор И.Дербак Техред M,Ходанич Корректор М.Самборская

Заказ 47I6/59 Тираж 530

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 I3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101